Caracterización de la actividad muscular durante el proceso deglutorio en sujetos sanos y disfágicos mediante electromiografía de superficie

Abstract

[ES] La disfagia es la dificultad o la incapacidad para deglutir los alimentos o líquidos, es decir que para mover el bolo alimenticio desde la boca al estómago se requiere de un mayor tiempo y esfuerzo del empleado usualmente. Esta traba a la hora de tragar se puede originar tanto a nivel neuronal como a nivel muscular, ya sea resultado de lesiones en áreas motoras y sus conexiones con el tronco encefálico producidas por malformaciones debidas a un cáncer, o bien, a raíz de enfermedades como el Alzheimer, ictus o Parkinson. Una de cada diecisiete personas durante el transcurso de su vida presentará alguna forma de disfagia con posibles consecuencias como la aspiración pulmonar, la desnutrición, el empeoramiento en la calidad de vida y aumento en la mortalidad. Existen diferentes tipos de disfagia dependiendo de la región donde se dé la sintomatología. Se concibe como disfagia orofaríngea a la aparición de trastornos neuromusculares que afectan a la hipofaringe y al esófago superior, en este tipo de disfagia el paciente siente que no es capaz de iniciar la deglución y tiene que repetir este proceso varias veces hasta conseguir deglutir. Mientras que la disfagia esofágica es la aparición de trastornos en la motilidad o lesiones mecánicas obstructivas entre el a finales de la faringe y el esófago, esto se refleja en el sentimiento de incapacidad por parte de los pacientes de transportar correctamente el bolo alimenticio través del esófago. El diagnóstico de la disfagia es muy variado y no está estandarizado, por lo que dependerá de la atención sanitaria (primaria, especializada o centro sociosanitario). Alguno de las pruebas utilizadas son la radiografía con bario, el estudio dinámico de la deglución con bario, la videofluoroscopia, examen visual por endoscopia, test volumen-viscosidad, test del agua, manometría faringoesofágica, fibrolaringoscopia, entre otras. La desventaja de estas técnicas es que, o bien irradian al paciente para obtener imágenes y videos de la anatomía y la fisiología del paciente, o bien son inspecciones o pruebas que a partir de la respuesta del paciente categorizan el nivel de disfagia actual. Es por ello por lo que en la actualidad se están buscando otras alternativas que sean capaces de diagnosticar de manera precoz, sencilla y no invasiva la disfagia. La electromiografía de superficie (sEMG) se ha propuesto como herramienta prometedora para evaluar la fisiología de la deglución, ya que registra la actividad eléctrica (cambios de potencial eléctrico) producidos por los músculos en la superficie de la piel brindando así la capacidad de monitorizar la actividad muscular de un grupo de unidades motoras. El presente trabajo fin de grado (TFG) se enmarca en una línea de investigación del Ci2B en colaboración con el Hospital La Pedrera de Denia y Pare Jofré de Valencia, que tiene por objetivo la identificación de biomarcadores derivados de registros de EMG y EEG para el diagnóstico de la disfagia de origen neurógeno y la valoración de la respuesta del paciente a las terapias de rehabilitación. Concretamente el objetivo específico del presente trabajo fin de grado es valorar de una manera cuantitativa las diferencias que existen en el proceso deglutorio de sujetos sanos y los disfágicos mediante la obtención de parámetros de los músculos suprahioideos e infrahioideos durante la deglución. Dentro de este objetivo, se llevará a cabo la implementación de una herramienta automática para la identificación del inicio del proceso deglutorio en base a la señal de sEMG y se valorará su desempeño comparando sus resultados con los asociados a la segmentación manual llevada por expertos. Para llevar a cabo el presente (TFG) el grupo de investigación cuenta con una base de datos con registros de 21 sujetos sanos jóvenes con 60 tragos por sujeto, 21 sujetos sanos mayores con 40 tragos por sujeto y 25 sujetos con disfagia con 40 tragos por sujeto. En cada trago se registran los músculos de supra hioideo izquierdo y derech

[EN] Dysphagia - difficulty swallowing - refers to various problems related to transit of food or liquids from mouth to hypopharynx or through esophagus. Swallowing disorders caused by severe dysphagia often led to life-threatening complications, especially in patients with neurological disorders. In the present work we will study dysphagia of neurogenic origin, due to its high prevalence, between 37% and 78% depending on sensitivity of technique used, in patients surviving cerebrovascular pathologies. This high prevalence, together with comorbidities that dysphagia brings with it and low effectiveness of the diagnostic techniques currently used, lead to an increase in hospital stays, institutionalization and short-term mortality. In response to this, the Center for Research and Innovation in Bioengineering (Ci2B) of the Polytechnic University of Valencia (UPV) together with the Hospitals La Pedrera (HLP) and Pare Jofré (HPJ), collaborate jointly in investigation of an innovative diagnostic method that combines the comparative study of electroencephalography (EEG) and electromyography (EMG) in evaluation of patients with dysphagia. The present final degree work encompasses characterization of the sEMG signal of supra-hyoid and infra-hyoid muscles, through different biomarkers that allow discerning between healthy and dysphagic subjects. For this purpose, Ci2B database consisting of 21 young healthy subjects, 21 older healthy subjects and 36 subjects with dysphagia of neurological origin was used. With which an automatic detector of muscle activation times for sEMG signals was developed, the database was labelled with activation times of each muscle and a study was performed at three levels, intrasubject, intersubject and population, of 10 different biomarkers. The results revealed that automatic detector is not very accurate in segmenting the onset of muscle contraction and that biomarkers of muscle activation times, variability within lags, amplitude-based temporal biomarkers, mean frequency, sample entropy and Higuchi fractal dimension exhibit significant differences between healthy and dysphagic populations in all muscles studied, making them potential biomarkers for use in diagnosing dysfunction and monitoring rehabilitation therapies.

[CAT] La disfàgia -dificultat per a engolir- es refereix als diferents problemes relacionats amb el trànsit d'aliments o líquids de la boca a la hipofaringe o en l'esòfag. Els trastorns deglutoris que genera la disfàgia greu sovint condueixen a complicacions que posen en perill la vida, especialment en pacients amb afeccions neurològiques. En el present treball s'estudiarà la disfàgia d'origen neurogènic, a causa de la seua alta prevalença, d'entre el 37% i el 78% depenent la sensibilitat de la tècnica utilitzada, en pacients supervivents a patologies cerebrovasculars. Aquesta alta prevalença conjuminada amb les comorbiditats que la disfàgia implica amb unit a la baixa efectivitat de les tècniques diagnòstiques emprades en l'actualitat degeneren en l'augment en les estades hospitalàries, en les institucionalitzacions i de la mortalitat a curt termini. En resposta a això el Centre d'Investigació i Innovació en Bioingeniería (Ci2B) de la Universitat Politècnica de València (UPV) juntament amb els Hospitals la Pedrera (HLP) i Pare Jofré (HPJ), col·laboren de manera conjunta en la investigació d'un mètode innovador de diagnòstic que combina l'estudi comparatiu d'electroencefalografia (EEG) i electromiografia (EMG) en l'avaluació de pacients que presenten disfàgia. El present treball de final de grau engloba la caracterització del senyal sEMG dels músculs suprahioïdal i infrahioïdal, mitjançant diferents biomarcadors que permeten discernir entre subjectes sans i disfàgics. Per a això es va utilitzar la base de dades del Ci2B conformada per 21 subjectes sans joves, 21 subjectes sans majors i 36 subjectes amb disfàgia d'origen neurològic. Amb la qual es va desenvolupar un detector automàtic dels temps d'activació muscular per a senyals sEMG, es va etiquetar la base de dades amb els temps d'activació de cada múscul i es va realitzar un estudi a tres nivells, intrasubjecte, intersubjecte i poblacional, de 10 biomarcadors diferents. Els resultats van revelar que el detector automàtic no és prou precís a l'hora de segmentar l'inici de la contracció muscular i que els biomarcadors dels temps d'activació muscular, la variabilitat dins dels desfasaments, tots els biomarcadors temporals basat en amplitud, la freqüència mitjana, l'entropia mostral i la dimensió fractal de Higuchi presentaven diferències significatives entre les poblacions sanes i disfàgica en almenys un dels músculs estudiats, la qual cosa els converteix en potencials biomarcadors d'ús en el diagnòstic de la disfàgia i el seguiment de les teràpies de rehabilitació.